干细胞作为一类未分化的原始祖细胞，不仅具备独特的自我更新能力，更拥有向多种细胞类型分化的巨大潜能，在组织工程与干细胞谱系分化等前沿研究领域正发挥着日益重要的作用。小鼠胚胎干细胞（mESCs）同样具有广泛的研究和应用价值，如药物筛选、胚胎发育研究以及疾病模型的构建。饲养层培养法作为胚胎干细胞体外培养的经典方法，其核心在于利用经有丝分裂阻断处理的小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）与白血病抑制因子（LIF）构建协同体系——前者通过失活的饲养层为干细胞提供物理支撑与微环境调控，后者则通过信号通路激活维持干细胞的未分化状态，二者共同构筑起保障干细胞干性特征的培养环境。然而，该培养体系存在两大显著缺陷：一方面，MEF饲养层会引入异质性污染，并导致批次间稳定性差异；另一方面，LIF因价格高昂而大幅增加培养成本。这些局限性凸显了当前干细胞培养技术亟需开发一种更具经济性、操作简便且性能稳定的替代方案。

2025年7月7日，汪世龙教授课题组在线发表题为“Fe-doped MOF nanoparticles: the LIFR and BMP4 dual-signaling pathways activated regulator for in vitro expansion of mouse embryonic stem cells”的研究论文。本项研究成功合成了以Fe³⁺为金属中心离子，2-甲基咪唑为有机配体的金属有机框架纳米颗粒（Fe MOF）。该纳米颗粒不仅在mESCs长期培养中展现出优异的生物相容性，更能在无MEF饲养层和LIF因子的培养条件下，有效维持mESCs的自我更新能力，并完整保留其向三胚层细胞分化的潜能。

本研究进一步对Fe MOF纳米颗粒维持mESCs干性的机制进行了深入探究。通过高通量测序筛选由纳米颗粒调控的LIFR下游通路和BMP4下游通路的关键靶向信号通路，发现Fe MOF纳米颗粒不仅能显著上调LIFR/GP130的表达水平，更能有效激活Fe³⁺介导的BMP4/ALK/SMAD信号通路。经分子生物学分析证实，LIFR/JAK/STAT3与LIFR/PI3K/AKT信号通路作为Fe MOF与LIF维持小鼠胚胎干细胞（mESCs）自我更新及多能性的共同作用途径，而BMP4/ALK/SMAD信号通路则仅能通过Fe MOF特异性激活。由此可见，合成工艺简便、理化性质稳定的Fe MOF纳米颗粒在mESCs培养体系中展现出优异且持久的性能优势，为其替代传统MEF饲养层或LIF因子提供了切实可行的方案，也为构建基于干细胞的高质量疾病模型以及胚胎发育研究提供了可靠的基础保障。

同济大学生命科学与技术学院和东方医院医学科学与技术创新中心汪世龙教授，同济大学生命科学与技术学院助理教授静国欣和同济大学附属同济医院神经内科汪锡金教授为本文的共同通讯作者。同济大学生命科学与技术学院博士研究生李有元为论文第一作者，课题组王虹等也参与了该工作。本课题得到了国家基金委和上海市科委项目的资助。